八木天线制作原理

八木天线制作原理

八木天线上个世纪二十年代日本东北大学的八木秀次和宇田太郞两人发明了这种天线被称为“八木宇田天线”简称“八木天线”。它是由HF到VHFUHF波段中最常用的方向性天线。相对于基本的半波对称振子或折合振子天线八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。八木天线有很好的方向性较偶极天线有高的增益。用它来测向、远距离通信效果特别好。如果再配上仰角和方位旋转控制装置更可以随心所欲与包括空间飞行器在内的各个方向上的电台联络这种感受从直立天线上是得不到的。一、八木天线的基本结构和工作原理通常八木天线由一个激励振子也称主振子、一个反射振子又称反射器和若干个引向振子又称引向器组成整个结构呈“王”字形。主振子居三对振子之中“王”字的中间一横。反射器最长位于紧邻主振子的一侧起着削弱从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用引向器都较短并悉数位于主振子的另一侧它能增强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。引向器可以有许多个每根长度都要比其相邻的并靠近主振子的那根略短一点。引向器越多方向越尖锐、增益越高但实际上超过四、五个引向器之后这种“好处”增加就不太明显了而体积大、自重增加、对材料强度要求提高、成本加大等问题却渐突出。全部振子加起来的数目即为天线的单元数通常情况下有一副五单元八木即有三个引向器一个反射器和一个主振子就够用了。主振子直接与馈电系统相连属于有源振子反射器和引向器都属于无源振子所有振子均处于同一个平面内并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。下图为五单元的八木天线。每个引向器和反射器都是用一根金属棒做成。无论有多少“单元”所有的振子都是按一定的间距平行固定在一根“大梁”上。大梁也用金属材料做成。因为电波“行走”在这些约为半个波长长度的振子上时振子的中点正好位于感应信号

电压的零点零点接“地”一点也没问题。所以金属杆对天线的近场影响很小。这些振子的中点也不用与大梁绝缘而且还有一个好处在空间感应到的静电正好可以通过这些接触点、天线的金属立杆再导通到建筑物的避雷地网去。主振子是关键的一个单元。有两种常见形态折合振子与直振子。直振子其实就是二分之一波长偶极振子折合振子是其变形。有源振子与馈线相接的地方必需与主梁保持良好的绝缘而折合振子中点仍与大梁相通。八木天线的工作原理是这样的以三单元天线接收为例通常收发机的天线输出端都只是接到八木天线的有源振子。反射器和引向器通常与收发机没有任何电气连接但在有源振子作用下两者都会产生感应电压电流其幅度各相位则与无源振子间的距离有关亦和无源振子的长度有关。因为当振子间的距离不同时电源走过的途径距离也不同就会形成不同的相位差。当无源振子的长度不同时呈现的阻抗也不同。一般引向器略短于二分之一波长主振子等于二分之一波长反射器略长于二分之一波长两振子间距四分之一波长。此时引向器对感应信号呈“容性”电流超前电压90?引向器感应的电磁波会向主振子辐射辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90?恰好抵消了前面引起的“超前”两者相位相同于是信号迭加得到加强。反射器略长于二分之一波长呈感性电流滞后90?再加上辐射到主振子过程中又滞后90?与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180?起到了抵消作用。一个方向加强一个方向削弱便有了强方向性。发射状态作用过程亦然。二、八木天线的制作在短波波段波长较长自制八木天线比较困难在超短波波段因波长短可以比较方便的自制低成本的八木天线。八木天线的设计主要是根据增益要求选定天线单元数后确定

各单元的长度及单元之间的距离等参数。 2.1 尺寸的设置 1、引向器的间距选择引向器间距的选择有两种方案一种是引向器间距不相等随着引向器数量序号的增加相邻引向器的间距加大另一种是引向器间距相等。前一种方案调整麻烦后一种方案调整简便因此一般都采用等间距方案。引向器间距一般在0.15-0.4波长范

围内选择。间距较大时方向图主瓣较窄输入阻抗的频率响应较平稳但副瓣较大间距选得小时副瓣较低抗干扰性能较好但是增益和方向性差些。若考虑前者间距可取0.3波长若考虑后者间距可取小于0.2波长。不管什么情况下第一根引向器振子与有源振子之间的距离应取得更小一些一般取0.6-0.7其他引向器间距。 2、反射器与有源振子的间距选择反射器于有源振子之间的距离一般去0.15-0.23波长。此间距主要影响八木天线的前后场强比和输入阻抗。当间距在0.15-0.17波长时前后比较高但天线的输入阻抗小约15-20欧当间距为0.2-0.23波长时前后比较低但天线输入阻抗大约50-60欧易与同轴电缆匹配。 3、引向器长度的选择引向器长度的选择有两种方案。一种是各引向器等长度约取0.38-0.44波长。这种方案优点是加工和调整较为容易但频带较窄。另一种是各引向器长度随序号增加有长到短渐变。先取第一根引向器长度为0.46波长以后的引向器长度则按2-3的缩短系数递减。这种方案的优点在于频带稍宽但调试、加工麻烦。实用中都采用第一种方案。

4、反射器长度的选择反射器长度一般选在0.5-0.55波长之间。其长度不能短于设计最低频率相应的1/2波长。

5、无源振子半径的确定无源振子的半径是根据八木天线通频带要求来确定的。通常振子半径选在1/500-80波长。

6、有源振子的结构和尺寸有源振子可选单根半波振子或折合振子一般长度取0.475波长。振子越粗长度应短一些。

7、增益和主瓣宽度估算增益?10天线长度/波长主瓣宽度?55 平方根天线波长/长度下图为五单元八木天线的尺寸图如果自制四单元八木天线只要不安装引向器就可以天线也会显得小巧一点。如果想做成七单元在上图的基础上加两个引向器单元长度分别是半波长的。新加的单元的间隔仍是波长的倍。 2.2 馈线的连接见PDF 2.3 加工与安装注意事项 1、材料的选用 a. 频率在400MHz以下的振子选用φ812的铜管或铝管。 b. 频率在400MHz以上的振子选用φ36的铜管或铝管。 c。天线横杆和支架可选用金属管或其他材材。 2、加工方法 a. 馈电振子选用φ812mm铜管或铝管的可以采用热加工方法按设计的形状和